Question

17．化学学科中的平衡理论包括：化学平衡、电离平衡、溶解平衡等，且均符合勒夏特列原理．请回答下列问题：
I、在2L密闭容器内，800℃时反应：2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）体系中，n（NO）随时间的变化如表：

时间（s）	0	1	2	3	4	5
n（NO）（mol）	0.020	0.010	0.008	0.007	0.007	0.007

（1）写出该反应的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}$．已知：K_300℃＞K_350℃，则该反应是放热反应．
（2）如图1中表示NO₂的变化的曲线是b．用O₂表示从0～2s内该反应的平均速率v（O₂）=1.5×10^-3mol•L^-1•s^-1．

（3）能说明该反应已达到平衡状态的是BE．
A．v（NO₂）=2v（O₂）                     B．容器内压强保持不变
C．NO、O₂、NO₂的浓度之比为2：1：2      D．容器内密度保持不变
E．容器内气体的颜色不再变化
（4）缩小容器体积使压强增大，平衡向正反应方向移动（填“正”或“逆”），K值不变（填“增大”、“减小”或“不变”）
II、一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应A（g）+3B（g）?2C（g）△H＞0，起始时，c（A）=0.2mol/L，c（B）=0.6mol/L，c（C）=0.4mol/L．当平衡时，下列数据可能存在的是bc．
a．c（A）=0.4mol/L                         b．c（B）=1.0mol/L
c．c（A）=0.3mol/L且c（C）=0.2mol/L     d．c（C）=1.0mol/L
III、常温下，取pH=2的盐酸和醋酸溶液各100mL，向其中分别加入适量的Zn粒，反应过程中两溶液的pH变化如图2所示，则图中表示醋酸溶液中pH变化曲线的是b（填“a”或“b”）．设盐酸中加入的Zn质量为m₁，醋酸溶液中加入的Zn质量为m₂，则m₁＜m₂（选填“＜”、“=”、“＞”）．

Answer 1

分析 I．（1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
平衡常数K_300℃＞K_350℃，说明升高温度平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动；
（2）由方程式可知，平衡时△c（NO₂）=△c（NO）=$\frac{（0.02-0.007）mol}{2L}$=0.0065mol/L；
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（O₂）；
（3）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（4）缩小容器体积使压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动；平衡常数只受温度影响；
Ⅱ．由正反应开始建立平衡，A、B的平衡浓度最小，C的平衡浓度最大，由逆反应开始建立平衡，A、B的平衡浓度最大，C的平衡浓度最小，利用极限法计算各物质浓度范围；
c选项中C的浓度减小，反应逆向进行建立平衡，根据方程式计算A的浓度变化量，进而计算A的浓度；
Ⅲ．醋酸是弱电解质，HCl是强电解质，随反应进行醋酸会继续电离产生氢离子，故相同时间内与Zn反应，醋酸pH变化缓慢；pH值变化相同，醋酸参加反应的氢离子比盐酸多．

解答 解：I．（1）反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}$；
平衡常数K_300℃＞K_350℃，说明升高温度平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故正反应为放热反应，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×c（{O}_{2}）}$；放；
（2）NO₂是产物，随反应进行浓度增大，平衡时△c（NO₂）=△c（NO）=$\frac{0.03mol-0.07mol}{2L}$=0.0065mol/L，所以图中表示NO₂变化的曲线是b；
2s内用NO表示的平均反应速率v（NO）=$\frac{\frac{0.02mol-0.008mol}{2L}}{2s}$=3.0×10^-3mol•L^-1•s^-1，速率之比等于化学计量数之比，所以v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=1.5×10^-3mol•L^-1•s^-1，
故答案为：b；1.5×10^-3mol•L^-1•s^-1；
（3）A．若分别为正逆速率，处于平衡状态，未指明正逆速率，不能确定是否处于平衡状态，故A错误；
B．随反应进行混合气体物质的量变化，容器内压强变化，容器内压强保持不变说明到达平衡，故B正确；
C．平衡时各组分浓度关系与起始浓度及转化率有关，不一定等于化学计量数之比，故C错误；
D．混合物质量始终不变，容器的体积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，所以不能据此判断是否达到平衡状态，故D错误；
E．容器内气体的颜色不再变化，说明二氧化氮浓度不变，反应到达平衡，故E正确，
故选：BE；
（4）缩小容器体积使压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，平衡向正反应方向移动，平衡常数只受温度影响，平衡常数K值不变，
故答案为：正；不变；
Ⅱ．由正反应开始建立平衡，假设反应物可以完全转化，则：
                A（g）+3B（g）?2C（g）
起始浓度（mol/L）：0.2    0.6     0.4
变化浓度（mol/L）：0.2   0.6      0.4
平衡浓度（mol/L）：0     0        0.8
由逆反应开始建立平衡，假设反应物可以完全转化，则：
               A（g）+3B（g）?2C（g）
起始浓度（mol/L）：0.2   0.6     0.4
变化浓度（mol/L）：0.2   0.6     0.4
平衡浓度（mol/L）：0.4   1.2     0
故0＜c（A）＜0.4mol/L，0＜c（B）＜1.2mol/L，0＜c（C）＜0.8mol/L，故a、d不可能，b可能；
c选项中C的浓度减小，反应逆向进行建立平衡，消耗C的浓度0.2mol/L，A的浓度增大量为0.1mol/L，A的浓度为0.3mol/L，故c可能，
故选：bc；
Ⅲ．由于醋酸是弱电解质，HCl是强电解质，与Zn反应同时，醋酸会继续电离出H⁺，所以pH变化较缓慢，所以b曲线是醋酸溶液的pH变化曲线；
由图知盐酸和醋酸的pH变化都是由2到4，盐酸中氢离子浓度逐渐减小，但醋酸中存在电离平衡，氢离子和锌反应时促进醋酸电离，补充反应的氢离子，所以醋酸是边反应边电离H⁺，故消耗的Zn多，所以m₁＜m₂．
故答案为：b；＜．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、化学平衡建立、平衡常数、弱电解质电离等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．